TW201430997A - 利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種利用能夠通過設置在晶片承載台與接合台之間的電容感測器陣列面板即時檢查夾頭水平度及壓力狀態的靜電式面板的夾頭水平度及壓力測定系統。為此，本發明利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統包括：晶片承載台，裝載帶有多個半導體晶片的晶片；接合台，裝載有用於半導體晶片接合的基板；電容感測器陣列面板，設置在晶片承載台與接合台之間並由多個電容感測器陣列構成；接合頭，通過夾頭將半導體晶片表面吸附後將其向接合位置移送使半導體晶片與基板接合，並按一定的週期利用夾頭向上述電容感測器陣列面板加壓；控制器，檢測出電容感測器陣列面板各陣列的電容變化後，根據檢測結果對夾頭的水平度與壓力狀態進行檢查。

Description

利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統
本發明涉及一種夾頭的水平度及壓力測定系統，特別是，涉及一種利用通過電容感測器陣列面板與夾頭之間產生的電容感測器的值來判斷夾頭水平度和壓力狀態是否良好的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統。
一般來說，半導體後續工序大致包括：檢查設置在晶片(Wafer)上的半導體晶片是否良好的晶片檢查工序；將晶片切斷的鋸割(sawing)工序；將切斷的半導體晶片粘合在設置有引線框(Lead frame)的PCB基板上的晶片接合(Die bonding)工序；將半導體晶片上的襯墊與引線框的引線通過導線連接的引線接合(Wire bonding)工序；為了保護半導體晶片的內部電路和其它組成部件，用袋類材料將其外部包裹成型(Molding)的成型工序，將與成型的引線框的引線連接的密封條切割的修整(Trimming)工序；將引線按需要的形態彎曲的定型(Forming)工序；檢查經過上述工序後製成的半導體元件是否良好的檢測工序。
另外，晶片接合工序就是利用下端帶有夾頭(collet)的拾取裝置將晶片承載台上的半導體晶片拾起，將其移送到放置有PCB基板的接合台後，再將其與PCB基板粘合。當多次使用時，夾頭底面磨損而不能保持其扁平度，因此就不能確保其處於水準狀態。如果夾頭(collet)不能處於水準狀態或者夾頭被磨損或者粘合壓力不均勻，就會發生不能正確拾起晶片即拾起不良或者晶片接合不良的情況。
這種晶片接合不良在進行後續工序即成型工序時不僅會誘發晶片扭損等問題，而且當不能對夾頭的水平度與壓力變化進行持續監測時，就會因不能準確掌握拾起不良的發生時間而導致收率減少。
因此，依據現有技術，操作人員都是週期性地對夾頭的水平度和壓力狀態通過肉眼檢查。即，操作人員為了測定夾頭的水平度和壓力狀態就利用了測定壓力及水平度的膠片即感壓紙，這種方法就是通過按設定的壓力對感壓紙加壓，然後通過肉眼檢查感壓紙被加壓的狀態，從而判斷夾頭是否良好。
但是，由於這種檢查方式是依靠操作人員隨機實施的，而且沒有準確的判斷標準，因此檢查的可靠度就會降低。同時，在通過肉眼檢查期間，接合工序需要中斷，從而導致生產效率下降。
另外，由於操作人員是隨機檢查，因此很難掌握不良發生的時問，從而導致不良率增加，也很難實施系統性的工序管理。
另外，隨著晶片的厚度變薄，最近層壓型晶片被廣泛利用，當因夾頭水平度不良而導致向半導體晶片表面施加的壓力不均勻或者壓力較低時，就會發生夾頭不能正常吸附半導體晶片的的問題。另外，如果壓力過高，由於晶片較薄而容易被損傷。
上述接合裝置的夾頭水平度及壓力狀態不良隨著晶片厚度的減少會出現更大的問題。
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於，提供一種利用能夠通過設置在晶片承載台和接合台之間的電容感測器陣列面板對夾頭的水平度及壓力狀態進行即時檢查的靜電式面板的夾頭水平度及壓力測定系統。
為了解決上述課題，本發明的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統包括：晶片承載台，裝載具有多個半導體晶片的晶片；接合台，裝載有用於半導體晶片接合的基板；電容感測器陣列面板，設置在晶片承載台與接合台之間並由多個電容感測器陣列構成；接合頭，其通過夾頭將半導體晶片表面吸附後將其向接合位置移送，將半導體晶片接合到基板，並按一定的週期利用夾頭向上述電容感測器陣列面板加壓；控制器，檢測出電容感測器陣列面板各陣列的電容變化後，根據檢測結果對夾頭的水平度與壓力狀態進行檢查。
在這種情況下，如果從各電容感測器陣列中檢測出的最大電容感測器值與最小電容感測器值之差超出設定範圍，控制器就判斷水平度不良。如果電容感測器陣列面板的電容感測器值與基準電容感測器值之差超出設定範圍，控制器就判斷壓力狀態不良。
另外，控制器根據從各電容感測器陣列檢測出的電容感測器值大小生成圖像模式，將生成的圖像模式與基準圖像比較，並通過生成的圖像模式與基準圖像的模式匹配對水平度與壓力狀態進行判斷。
另外，電容感測器陣列面板位於上述接合頭的直線移動路徑上，電容感測器陣列面板的各個電容感測器的大小為1μm~500μm。
另外，還包括：工序管理伺服器，其接收來自控制器的診斷結果並對接收的診斷結果進行持續監測；管理員終端機，其通過工序管理伺服器接收夾頭水平度或壓力狀態出現不良狀況資訊。
本發明利用電容感測器陣列面板即時地自動對夾頭的水平度/壓力狀態進行測定，這樣可以確保接合工序不被中斷，改善收率。同時，可以對不良狀況發生的時間進行即時掌控，從而降低不良率。
另外，本發明不是採用操作人員肉眼檢查的方式，而是採用自動檢查的方式，從而可以提高測定的可靠度。
另外，本發明能夠同時對夾頭的水平度和壓 力狀態進行測定，因此可以加快測定速度。
10‧‧‧晶片承載台
11‧‧‧晶片
12‧‧‧半導體晶片
20‧‧‧接合台
21‧‧‧基板
30‧‧‧拾取器模組
31‧‧‧水準移動裝置
32‧‧‧垂直移動裝置
33‧‧‧接合頭
34‧‧‧夾頭
40‧‧‧電容感測器陣列面板
41‧‧‧面板
42‧‧‧電容感測器
43‧‧‧電介質薄膜
50‧‧‧控制器
60‧‧‧管理伺服器
70‧‧‧管理員終端機
80‧‧‧警報部
圖1是依據本的利用發明電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統構成圖。
圖2是利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統框架圖。
圖3是圖2所示控制器詳細構成框架圖。
圖4是圖1所示的電容感測器陣列面板剖面圖。
圖5是依據本發明的夾頭水平度壓力測定系統的夾頭水平度不良狀態示例圖。
圖6及圖7是對利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定方法實施例進行說明的示意圖。
以下，將參照附圖對本發明的理想實施例進行詳細說明。
圖1是依據本發明的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統構成圖，圖2是利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統框架圖；圖3是圖2所示控制器詳細構成框架圖；圖4是圖1所示的電容感測器陣列面板剖面圖。
參照圖1及圖2可以看出，利用本發明電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統包括：晶片承載台(10)、接合台(20)、拾取器模組(30)、電容感測器陣列面板(40)、控制器(50)、工序管理伺服器(60)及管 理員終端機(70)。
在這裡，晶片承載台(10)是裝載晶片(11)的部分，晶片(11)上搭載有完成鋸割(sawing)工序的多個半導體晶片(12)。在這種情況下，雖然附圖中沒有具體圖示，但晶片承載台(10)包括用於將晶片(11)的位置沿X軸與Y軸可變的驅動裝置。
接合台(20)是裝載將半導體晶片(12)接合的PCB等基板(21)的部分，其可設置有在進行接合工序時用於加熱的加熱構件等。
拾取器模組(30)通過直線運動及垂直運動將晶片(11)上搭載的半導體晶片(12)拾起移送到接合台(20)後，使半導體晶片(12)與接合台(20)上的基板(21)接合。拾取器模組(30)設置在水準移動裝置(31)上，它由垂直移動裝置(32)、接合頭(33)及夾頭(34)等構成。
水準移動裝置(31)的作用就是使接合頭(33)在晶片承載台(10)與接合台(20)之間沿X軸和Y軸直線移動並將半導體晶片(12)排列到接合位置上，其作為水準移動裝置可利用直線導軌等元件。
垂直移動裝置(32)使接合頭(33)在晶片承載台(10)、電容感測器陣列(40)、接合台(20)上垂直移動，在接合工序時將半導體晶片(12)加壓到基板(21)上，並按一定週期利用夾頭對電容感測器陣列面板加壓從而對夾頭(34)的水平度及壓力進行測定，其可以利用伺服電機(surbo motor)、空壓氣缸等升降裝置。在這種情況下，雖然附圖中未示出垂直移動裝置(32)與接合頭(33)側面 結合的狀態，但是其可與接合頭(33)上部構成一體。
在這裡，雖然附圖中沒有具體圖示，但是拾取器模組(30)為了能夠對半導體晶片(12)的位置或者姿勢進行調整而設置使接合頭(33)進行旋轉運動的旋轉裝置。
夾頭(34)是依據真空壓力吸附半導體晶片(12)的部件，其安裝在接合頭(33)下端。為了確保當接合頭(33)下降時夾頭(34)能夠按壓半導體晶片(12)的邊緣，將與半導體晶片(12)接觸的面設計成與半導體晶片(101)的面大小相同或者更大。
如圖4所示，電容感測器陣列面板(40)包括：面板(41)、排列在面板(41)上的多個電容感測器(42)及塗布在電容感測器(42)上部的電介質薄膜(43)。在這裡，為了確保夾頭的分辨能力，各個電容感測器(42)的大小為1μm~500μm。
依據這種結構，夾頭(34)與電介質薄膜(43)接觸的瞬間，電容感測器(42)的電容感測器值就會發生變化。因此，先檢測出在各個電容感測器(42)上變化的電容感測器值，再利用檢測結果測定夾頭(34)的水平度。
另外，當夾頭(34)與電介質薄膜(43)接觸後會向接合頭(33)施加壓力，從而導致電介質薄膜(43)的厚度發生變化，並使夾頭(34)與電容感測器(42)間的距離發生變化。最終，隨著夾頭(34)向電介質薄膜(43)施加的壓力變化使電容感測器(42)的電容感測器值發生變化此時，可以利用電容感測器值的變化檢測夾頭(34)的壓力 狀態是否良好。
上述利用電容感測器陣列面板(40)電容變化的夾頭(34)水平度及壓力狀態測定方法在後述的對本發明方法的說明中將會有更具體的介紹。
同時，優選地，電容感測器陣列面板(40)設置在晶片承載台(10)與接合台(20)之間，並位於接合頭(33)的直線移動路徑上。即，為了拾取半導體晶片(12)，接合頭(33)在向晶片承載台(10)方向水準移動的過程中使夾頭(34)對電容感測器陣列面板(40)加壓後再向晶片承載台(10)移動並繼續執行半導體晶片(12)拾取工序。因此，在接合工序不中斷的情況下，工序執行過程中就可以測定夾頭(34)的水平度及壓力。
另外，電容感測器陣列面板(40)具有比夾頭(34)端面的大小相同或者更大的大小，為了確保良好的分辨能力，電容感測器(42)的大小為300~500um以下。
另外，控制器(50)包括：信號檢測部(51)，接收各個電容感測器(42)產生的類比信號的電容感測器值，將其轉換為數位信號；影像處理部(52)，其以檢測信號為基礎將各個電容感測器的檢測值進行圖像化處理；分析部(53)，其以信號檢測部(51)及影像處理部(52)的處理結果為基礎，對水平度及壓力狀態進行分析；通信部(54)，將分析結果向工序管理伺服器(60)或者管理員終端機(70)傳輸；顯示部(55)，將影像處理部(52)生成的圖像向外部輸出。
同時，本發明還包括：當夾頭(34)的水平度 或壓力狀態發生不良狀況時，將相關情況向現場操作人員等通知的警報部(80)。
如上所述，依據本發明，在確保接合工序不中斷的情況下可以即時對夾頭的水平度及壓力狀態進行監測，這樣可以掌握夾頭髮生不良狀況的時間，從而可以通過系統性的工序管理降低不良率。
下面，將參照圖1至圖5對利用依據本發明電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定方法進行說明。
首先，為了執行接合工序，使接合頭(33)向晶片承載台(10)上部水準移動後再使接合頭(33)下降，使夾頭(34)下端與半導體晶片(12)緊密接觸。然後，利用夾頭(34)將半導體晶片(12)吸附後，通過水準移動使接合頭(33)向接合台(20)上側移動，當接合頭(33)下降後，再執行使半導體晶片(12)附著在基板(21)上的接合工序。
在數次執行上述半導體晶片拾取及接合工序的過程中，按設定的週期使接合頭(33)向電容感測器陣列面板(40)加壓，從而檢查夾頭(34)的水平度及壓力狀態。
一般情況下，電容感測器值是由夾頭(34)與電容感測器(42)之間的距離及位於它們之間電介質的電容率決定的。因此，利用夾頭(34)下端面與電容感測器(42)之間距離的變化而獲得的電容感測器值就可以掌握夾頭(34)的水平度與壓力狀態。
即，當夾頭(34)逐漸下降後，從夾頭(34)的 下端面與電容感測器(42)之間的距離達到一定值(臨界點)的時間點開始，檢測出電容感測器值。然後，根據夾頭(34)按壓電介質薄膜(43)形成的壓力按比例使夾頭(34)下端面與電容感測器(42)之間的距離發生變化，從而使電容感測器值發生變化。
因此，依據本發明，將夾頭(34)下端面與電容感測器(42)之間的距離達到一定值(臨界點)時檢測出的各個電容感測器值或者從受到最終壓力時的時間點檢測出的各個電容感測器值與設定值比較，從而可以判斷夾頭(34)的水平度及壓力狀態是否良好，上述最終壓力為對電介質薄膜(43)施加的壓力停止時的壓力。
在這裡，任意電容感測器(42)的電容c按如下方式表示：
C：電容(C 1 ：為了測定水平度的值，C 2 ：為了測定壓力的值)
ε：電容率(εo：空氣的電容率，εm：感測器塗層物質的電容率)
A：電極面積，d：電極間距離
在這裡，感測器陣列的電容集合為C={C1，C2，…，Cn}，任意時間t的感測器陣列電容集合為C(t)，夾頭(34)被電容感測器感知的週期為p，因此，電容集合的一般形式可以用C(t+p)表示。
由此，如果滿足If|(Diff(C(t)，C(t+p))| D ref 條件，則判定為正常，除此之外的情況則判定為不良。此時，將其定義為Diff(A，B)={|A1-B1|，|A2-B2|，…，|An-Bn|}
圖6及圖7是對利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定方法實施例進行說明的示意圖。
首先，第1實施例是從夾頭按壓電容感測器陣列面板的狀態下檢測出的電容感測器值中找出有效值(夾頭與面板接觸的部分)將其與基準值比較，如果其變成超出了設定範圍則判斷為不良。
具體地說，如圖6所示，就是檢測出9x15電容感測器陣列面板與夾頭之間的距離達到臨界點時或者夾頭的加壓停止時的電容感測器值。
此時，電容感測器值的大小與壓力的強度(夾頭與電容感測器間的距離)成比例。因此，將電容感測器值按大小順序排列後，再判斷最大電容感測器值(Cmax)是否在設定範圍內。這時，如果最大電容感測器值(Cmax)在相當於設定的最小壓力的電容感測器值(Pmin)與相當於最大壓力的電容值(Pmax)的範圍內(Pmin<Cmax<Pmax)，則判斷壓力狀態正常，如果超出了這一範圍(Pmin>Cmax或Pmax<Cmax)，則判斷壓力狀態不良。即，如果夾頭的壓力太低或者太高，在執行半導體晶片吸附或接合工序中就會發生問題。因此，需要判斷最大電容感測器值是否在設定範圍內。
另外，如果夾頭與電容感測器間的距離均一， 電容感測器的最大值(Cmax)與最小值(Cmin)之差就不大。因此，需要判斷最大值(Cmax)與最小值(Cmin)之差是否在設定範圍(Dref)內。即，如果最大值(Cmax)與最小值(Cmin)之差處於一定範圍內(Cmax-Cmin<Dref)，則判斷水平度正常，如果超出了設定範圍，則判斷水平度不良。
最終，如果最大電容感測器值(Cmax)在設定範圍內，最大電容感測器值(Cmax)與最小電容值(Cmin)之差在設定範圍內，則判斷水平度和壓力狀態均正常。因此，僅利用電容感測器值就能夠同時判斷水平度和壓力狀態是否良好。
本發明的第2實施例通過參照圖7可以看出，當存在9x15電容感測器陣列時將3x3區域劃分為一個集合區域，共劃分為A1~A15這15個集合區域。然後，找出各個區域的有效值(夾頭與面板接觸的部分)，再計算出各個集合區域的電容值的平均值，然後再通過與第1實施例相同的方法利用計算出的各個集合區域的平均電容感測器值(A1av~A15av)判斷狀態是否良好。即，如果具有各個集合區域(A1~A15)的平均值中最高平均值的集合區域電容感測器值超出了相當於最小壓力的電容感測器值(Pmin)與相當於最大壓力的電容感測器值(Pmax)的範圍，則判斷壓力為不良，如果在相當於最小壓力的電容感測器值(Pmin)與相當於最大壓力的電容感測器值(Pmax)範圍內，則判斷壓力為正常。另外，如果各個集合區域的電容感測器值在設定範圍(Cmax~Cmin)內，則 判斷水平度正常。因此，當Cmax值在設定的範圍內且Cmax與Cmin之差也在設定範圍內時，則判定水平度與壓力狀態均正常。由此，可以同時判斷水平度與壓力狀態是否良好。
如上所述，本發明雖然可以通過比較檢測出的電容感測器值的數值判斷水平度和壓力狀態是否良好。但是，也可以不採用比較感測器值之數值的方式，而是採用圖像模式匹配方式。即，首先生成將從電容感測器陣列中檢測出的各個電容感測器值轉換為亮度值的圖像模式，再將生成的圖像模式與基準圖像進行特徵量相似度分析或者模式匹配，從而判斷水平度與壓力狀態是否良好。
另外，本發明對測定上述水平度及壓力狀態設定的週期也可以在裝置設置初期設定，通過管理員輸入相關資訊即可設定，例如，設定週期為每執行1000次接合工序時執行1次。
如上所述，本發明是在完成接合工序的夾頭按1/1000次的週期拾取晶片的直線路徑上檢查水平度及壓力狀態。因此，不會對接合工序造成大的影響，可以改善收率。
在上述說明中，雖然針對本發明的理想實施例進行了說明。但是，通過上述的說明，本領域熟練技術人員完全可以在不偏離本發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。因此，本項發明的專利申請範圍包括在本發明技術思想範圍內所做的修正及變更。
10‧‧‧晶片承載台
11‧‧‧晶片
12‧‧‧半導體晶片
20‧‧‧接合台
21‧‧‧基板
30‧‧‧拾取器模組
31‧‧‧水準移動裝置
32‧‧‧垂直移動裝置
33‧‧‧接合頭
34‧‧‧夾頭

Claims (8)

  1. 一種利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其特徵在於：包括：晶片承載台，其裝載帶有多個半導體晶片的晶片；接合台，其裝載有用於上述半導體晶片接合的基板；電容感測器陣列面板，其設置在上述晶片承載台與上述接合台之間並由多個電容感測器陣列構成；接合頭，通過夾頭將上述半導體晶片表面吸附後將其向接合位置移送使半導體晶片與上述基板接合，並按一定的週期利用夾頭向上述電容感測器陣列面板加壓；控制器，檢測出上述電容感測器陣列面板各陣列的電容變化後，根據檢測結果對夾頭的水平度與壓力狀態進行檢查。
  2. 如請求項1所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中：如果從各個電容感測器陣列中檢測出的最大電容感測器值與最小電容感測器值之差超出設定範圍，上述控制器就判斷水平度不良。
  3. 如請求項1所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中：如果電容感測器陣列面板的電容感測器值與基準電容感測器值之差超出設定範圍，上述控制器就判斷壓力狀態不良。
  4. 如請求項1所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中： 上述控制器根據從各電容感測器陣列檢測出的電容感測器值大小生成圖像模式，將生成的圖像模式與基準圖像比較，並通過生成的圖像模式與基準圖像的模式匹配對水平度與壓力狀態進行判斷。
  5. 如請求項1所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中：上述電容感測器陣列面板位於上述接合頭的直線移動路徑上。
  6. 如請求項1所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中：上述電容感測器陣列面板的各電容感測器大小為1μm~500μm。
  7. 如請求項1所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中：還包括：接收來自上述控制器的診斷結果並對接收的診斷結果進行持續監測的工序管理伺服器。
  8. 如請求項7所述的利用電容感測器陣列面板的夾頭水平度及壓力測定系統，其中：還包括：通過工序管理伺服器接收上述夾頭水平度或壓力狀態出現不良狀況資訊的管理員終端機。
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